Материал: 2466

пла от поршня в горячие стенки цилиндра, которые к тому же отделены от него слоем масла.

Поршни дизелей работают в особо тяжёлых условиях вследствие неблагоприятного влияния на поршень ряда специфических особенностей рабочего процесса.

Струйная подача топлива приводит к неравномерному распределению температур в объёме камеры сгорания, что вызывает местные перегревы поршня. Отдельные зоны поршня подвергаются действию направленного пламени горящих факелов. Ухудшение распыливания топлива при струйной подаче может вызвать особо опасные местные перегревы и прогорание днища поршня.

Высокие значения плотности, давления и турбулизации газовой среды в период эффективного горения создают благоприятные условия для повышенной конвективной теплоотдачи стенкам камеры сго-

скорость нарастания давления в цилиндре вИпериод эффективного горения вызывают резкую пульсацию газов в зазорах головки поршня и зоне первого кольца. Резкая пульсация приводит к выдуванию масла

рания.

Повышенная жёсткость протекания рабочего процесса, большая

няется прохожден ем углеводородов топлива через фазу сажеобразования. ВследствиеСнал ч я сажи такое пламя обладает настолько интенсивным теплоизлучением, что около 20 % тепла, переходящего в охлаждающую жидкость, обуславливается теплоизлучением.

Вследствие струйной подачи топлива в цилиндре всегда имеется свободный кислород. К концу такта сжатия он имеет высокую активность в соответствии с высокой плотностью и температурой воздуха в цилиндре. Свободный кислород, особенно на периферии поршня, имеется частично и в период эффективного горения, когда температура и давление среды достигают максимального значения. Наличие свободного кислорода в сочетании с резкой пульсацией газов и высокой температурой поршня в зоне от верхнего торца до первого кольца вызывает ускоренное окисление масла и возможность выгорания материала поршня в данном месте.

В соответствии с назначением и условиями работы к поршню предъявляются следующие требования [6]:

56

обеспечение герметичности внутреннего пространства цилин-

дра;

минимальная тепловосприимчивость внешней поверхности днища;

наилучший отвод тепла от днища в стенки цилиндра при минимальном температурном градиенте в материале поршня;

обеспечение малого расхода масла;

минимальная конструктивная масса при достаточной жесткости и прочности;

минимальная работа трения при высокой износостойкости;

обеспечение стабильности зазоров между элементами поршня

ицилиндром на всех режимах работы двигателя.

Вконструкции поршня принятоАДвыделятьИ: головку, юбку, днище, огневую и уплотняющую части (рис. 3.1).

Головку hг образуютбднище hд вместе с огневой hо и уплотняющей hу частями. Юбка поршня hю о разует направляющую часть. Бобышки для пальца hбио ычно относят к юбке поршня.

Днища поршней разноо разны по форме, которая зависит от ти-

па двигателя, способа смесеобразования, величины степени сжатия, размеров цилиндраС, расположен ю форсунки, формы факелов топлива, числа и расположения клапанов и других факторов.

Для бензиновых двигателей, а также для дизелей с раздельными камерами (предкамерные и вихрекамерные двигатели) распространёнными являются плоские днища (рис. 3.2,а). Такая конструкция обладает минимальной поверхностью непосредственного соприкосновения с горячими газами, то есть обеспечивает наименьшую тепловосприимчивость, а также проста в изготовлении.

Вбензиновых двигателях могут использоваться поршни с выпуклым (рис. 3.2,в) или вогнутым днищем (рис. 3.2,б). При вогнутом днище форма камеры сгорания приближается к сферической с увеличенной поверхностью воспринимающей тепло по сравнению с плоским днищем.

Температура выпуклого днища более высокая, что отрицательно сказывается на работе двигателя. Поршни с выпуклым (см. рис. 3.2,в), вогну-Указанные требования справедливы как для бензиновых двига-

57

гнутым (рис. 3.2,б) или плоским (рис. 3.2,а) днищем изменяют степень сжатия, чем можно приспособить двигатель под топливо с различным октановым числом.

Некоторые двигатели имеют поршни с вытеснителями(рис. 3.2,г, к). Вытеснитель способствует: при сжатии – достижению желаемого направления движения заряда, при сгорании – осуществлению плавного нарастания давления путём придания камере необходимой конфигурации. Однако вытеснители увеличивают вес и размеры поршня, поэтому применяются крайне редко и на двигателях с малой мощностью.

У дизелей формы днища особенно разнообразны и зависят от многих уже перечисленных факторов. При центральном расположении форсунки распространена форма камеры сгорания, изображённая на рис. 3.2. Она обеспечивает форму камеры сгорания, согласованную

И часть объёма камеры сгоранияА. Такие камеры применяются обычно

с формой факелов многодырчатой форсунки.

большим углублением в днище, в которых заключается основная

при центральном расположении форсунки для непосредственного

В автотракторных дизелях получилиДраспространение поршни с

впрыска. Они выполняются «открытого» (рис. 3.2,ж) и «прикрытого» (рис. 3.2,з, и) типов. Площадьбсоприкосновения с газами у таких поршней увеличена,ипоэтому они имеют повышенную тепловую на-

грузку и менее надёжны в ра оте. «Прикрытые» тороидальные камеры таких поршней обеспеч вают лучшее перемешивание топлива с воздушным зарядомСболее мягкое протекание процесса. Однако расход топлива при таких камерах больше, чем при «открытых».

В двухтактных двигателях применяют поршни с плоскими, вогнутыми и выпуклыми днищами. Встречаются днища, изображённые на рис. 3.2,д.

Выпуклое днище (см. рис. 3.2,в) имеет небольшое преимущество по прочности по сравнению с плоским (см. рис. 3.2,а).

Толщина днища hд (см. рис. 3.1) определяется из расчёта обеспечения хорошего теплоотвода. Чем толще днище, тем оно лучше отводит тепло, выравнивает температуру кольцевого пояса и облегчает работу колец. Этому содействует увеличение массы металла в местах перехода днища в боковую стенку. Этот переход в ыполняют в виде

галтели с радиусом, равным (0,05…0,10) D. Внутренняя сторона днища часто выполняется с оребрением.

59

Применение рёбер предполагает улучшение охлаждения и повышение прочности поршня. Однако оребрение недостаточно эффективно снижает температуру поршня, если не применять специальных мероприятий. Кроме того, оребрение вызывает в днище концентрацию напряжений.

Уплотняющая часть поршня hу (см. рис. 3.1) – это поверхность от верхней кромки верхнего кольца до нижней кромки нижнего кольца перед поршневым пальцем. Эта часть поршня выполняется с переменным диаметром, увеличивающимся к низу. Это связано с неодинаковой температурой различных точек уплотняющей части, а следовательно, и неодинаковым расширением поршня в различных точках. Форма увеличения может быть ступенчатая, коническая и переменная

по лекальной линии.

личное значение, то длина юбки будет зависетьИот его величины. Только часть юбки участвует в передаче усилия. Она лежит в

Направляющая часть поршня (юбка) hю (см. рис. 3.1) предна-

пределах центрального угла в 90…100º. Поэтому в некоторых двигателях для облегчения поршнябчасть юбки удаляют.

гателях по сравнен ю с д зелями, в этих двигателях можно применять поршни менее жёсткой конструкции из лёгких сплавов, а из-за сравнительно невысок х тепловых потоков от газов в поршень не требуется дополнительного масляного охлаждения.

Вследствие болееинизкого давления сгорания в бензиновых дви-

Возможность использовать нежёсткую конструкцию позволила

Из-за наличия прорезей между уплотняющим и направляющим поясами уменьшается подвод теплоты к направляющему поясу, что позволяет уменьшить зазор между поршнем и цилиндром. Интенсивность ударов при перекладке поршня снижается при соприкосновении с цилиндром нагретого поршня без опасения заклинивания его в цилиндре благодаря уменьшению ширины прорезей. Поршни со сквозными прорезями менее жёсткие и применяются в двигателях с пониженными степенями сжатия. Продольные прорези часто не доводят до нижнего края юбки. В этом случае, как и в поршнях, не имеющих прорезей,

60